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22 中国航空制造技术研究院
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2023年 第66卷 12期
刊出日期:2023-06-15

封面文章
专稿
研究论文
本期目录
本期封面
本期电子刊
论坛——工业机器人
 
       本期封面
1 本期封面
2023 Vol. 66 (12): 1-1 [摘要] ( 52 ) HTMLNew PDF (1486 KB)  ( 122 )
       本期电子刊
1 本期电子刊
2023 Vol. 66 (12): 1-142 [摘要] ( 68 ) HTMLNew PDF (22826 KB)  ( 229 )
       本期目录
6 本期目录
2023 Vol. 66 (12): 6-8 [摘要] ( 76 ) HTMLNew PDF (439 KB)  ( 153 )
       专稿
14 面向装配对接的双视觉测量试验系统优化标定方法
孔军,李强,王陆明,刘昊曈,王宝俊,崔海华
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.014
针对航空航天、轨道交通零部件装配对接测量与定位过程,为解决测量视场范围大、多种测量设备组合使用步骤烦琐等问题,对面向装配对接的双视觉测量系统标定方法进行了研究。通过构建双视觉测量系统模型,分析系统间各相机参数的关系,在单个双目系统中引入闭环约束,结合LM 算法对单个双目系统中的相机参数进行优化,另外采用改进的EPnP 算法对双视觉系统进行标定,并结合自行设计的双面一维靶标完成了双视觉系统的全局标定和坐标转换。模拟对接试验的结果表明,该优化标定算法在精度上优于传统算法,并在使用过程中简化测量步骤,提高测量效率。
2023 Vol. 66 (12): 14-20 [摘要] ( 124 ) HTMLNew PDF (9579 KB)  ( 334 )
       封面文章
22 镁铝复合板制备及成形技术研究进展
王耀奇,姜波,查苏娜,张宁,侯红亮
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.022
镁铝复合板是在镁合金外表上面覆盖一层铝而形成的铝– 镁– 铝三明治复合板,与镁合金相比,复合板的耐蚀性能得到有效改善,成形能力得到显著提高。对镁铝复合板制备方法及成形工艺进行了综述,介绍了镁铝复合板不同制备方法的研究进展,并对比分析了不同制备方法的优缺点,分析了现有镁铝复合板结构成形方法的不足之处,并提出了相应的解决途径,为镁铝复合板结构在航空航天领域的应用提供参考。
2023 Vol. 66 (12): 22-36 [摘要] ( 133 ) HTMLNew PDF (41516 KB)  ( 136 )
       论坛——工业机器人
40 一种基于光栅传感器反馈的混联机器人动态精度控制策略
刘海涛,原昊,山显雷,韩家乐,肖聚亮
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.040
为了有效抑制因减速器和丝杠– 螺母副等传动误差及弹性变形等因素引起的跟随误差,提高混联机器人的末端动态精度,利用安装在摆角头减速器输出侧和并联机构从动关节上的高精度光栅传感器,研究混联机器人的动态精度控制策略。在PID + 前馈体系架构下,采用Lyapunov 稳定性理论,设计出基于光栅传感器和伺服电机编码器位置反馈的控制律,据此构建出混联机器人的动态精度补偿器。以天津大学自主研发的TriMule-200 混联机器人为研究对象,开展了试验验证。结果表明,相比于半闭环位置控制,所设计的动态精度补偿器能够大幅提高混联机器人的末端动态精度,动态误差的最大降幅达到82.88%,由此验证了所提出基于光栅传感器反馈的动态精度控制策略的有效性。
2023 Vol. 66 (12): 40-45 [摘要] ( 93 ) HTMLNew PDF (8927 KB)  ( 114 )
46 超大作业空间涂装机器人研究进展
赵景山,魏松涛,赵东捷,姚艳彬,王立平,郭立杰
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.046
表面涂装是航空航天器、船舶、高铁等大型整机及其零部件生产制造的重要一环,超大作业空间的涂装机器人是实现整机以及大型零部件自动化喷涂的关键装备,也是提高我国高端制造领域特别是航空制造领域竞争力的核心技术之一。本文在简述近年来涂装机器人研究现状的基础上,总结了大型空间涂装机器人应用中的一些主要问题,探讨了超大作业空间涂装机器人的未来发展趋势和主要技术挑战。
2023 Vol. 66 (12): 46-58 [摘要] ( 153 ) HTMLNew PDF (29427 KB)  ( 182 )
59 面向飞机大部件的密封胶自动涂覆机器人系统研究
雷沛,夏凤琴,孙海龙,陈强,谷立萍,卫亚斌
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.059
针对目前飞机大部件涂胶过程中人工作业方式存在的涂胶质量一致性差、效率低、可达性有限、工作环境恶劣等问题,设计了龙门悬挂式机器人自动涂覆系统。该系统通过对视觉系统的标定以及对理论涂胶轨迹的修正,评估涂胶工艺参数影响因素,获得机器人运行速度和电机速度之间的匹配关系,并构建集成工业相机、激光轮廓扫描仪等设备的多功能末端执行器。同时开发了一套集成控制系统和软件,实现了大尺寸飞机部件的高效、高质量的密封胶自动涂覆。试验结果表明,涂胶轨迹精度为± 0.5 mm,胶条精度为± 0.5 mm,完全可满足实际工艺需求。
2023 Vol. 66 (12): 59-67 [摘要] ( 137 ) HTMLNew PDF (14024 KB)  ( 217 )
68 航空装备深腔作业超冗余机器人路径实时跟随方法与试验
李特,阮文俊,潘新,罗超,刘海波,王永青
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.068
高灵活性、大长径比结构的超冗余机器人是实现航空装备制造、装配、维修过程中深腔作业任务智能化操作的可行途径。针对超冗余机器人在复杂深腔空间的高效安全操作问题,提出了适用于实时遥控操作的超冗余机器人路径跟随运动方法。仿真结果表明,路径跟随方法平均解算时间为0.413 ms,圆锥螺旋形曲线路径运动最大偏差为0.011 mm,满足了实时运动和安全精确操作需求。开发了基于ROS-Gazebo 的遥控操作虚拟仿真平台,提供了低成本的虚拟训练、模拟操作手段。试验结果表明,路径跟随方法保障了超冗余机器人复杂深腔中的高效安全运动。
2023 Vol. 66 (12): 68-73,83 [摘要] ( 160 ) HTMLNew PDF (6762 KB)  ( 429 )
74 先进复合材料自动铺丝设备研究现状与发展趋势
李俨,蒋君侠,何玉筱,汤斯佳
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.074
先进的复合材料由于其高比强度、比模量、大幅减重和良好的耐腐蚀性,已被广泛用于航空航天工业及其他领域。自动铺丝机是实现自动铺丝的必要设备,是影响铺放质量和生产效率的重要环节。因此,研发和改进自动铺丝机,成为制造复合材料复杂构件的最关键的课题之一。本文针对近年来国内外的自动铺丝设备,重点围绕铺丝机机床主体结构、纱架形式、铺丝头压力系统、加热系统与张力系统等方面,对当前自动铺丝机的研究与应用现状进行论述与分析,总结了国内外自动铺丝设备的研究成果,分析了国内外铺丝设备的优势与不足,最后探讨并总结了自动铺丝设备未来的发展趋势,为铺丝机的设计与优化提供了一个参考方向。
2023 Vol. 66 (12): 74-83 [摘要] ( 364 ) HTMLNew PDF (27385 KB)  ( 257 )
       研究论文
84 界面形貌对热障涂层残余应力影响的三维有限元分析
赵茹娟,程子义,于庆民
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.084
采用有限元方法,建立了考虑界面形貌的热障涂层系统三维有限元模型,通过计算从高温冷却到室温时界面处的残余应力的变化,研究了界面形貌对热障涂层系统残余应力的影响。结果表明,氧化层(TGO)厚度不仅会影响残余应力大小,还会影响其应力状态,氧化层越厚,其残余应力水平越高;界面幅值增大会使黏结层(BC)– TGO界面残余应力增大,但其对陶瓷层(TC)–TGO 界面处残余应力的影响较为复杂;增大界面波长会在一定程度上减小残余应力水平;三维混合粗糙度对残余应力的影响较小。因此,氧化层厚度、界面幅值和波长会较大程度上影响热障涂层的残余应力,进而影响热障涂层系统的稳定性,且氧化层厚度对涂层失效位置具有决定性意义。
2023 Vol. 66 (12): 84-93 [摘要] ( 125 ) HTMLNew PDF (5904 KB)  ( 320 )
94 多链可重构模块化机器人的构型转换
郭茜,刘金国,冯靖凯
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.094
可变形指尖陀螺是一种流行的玩具,其多链、可变形的优点为空间机器人提供了一种方案。以此玩具为启发,结合链型机器人灵活多变的特点,引入了多链可重构模块化机器人。以构型分析及构型转换策略为重点对多链可重构模块化机器人的拓扑构型展开研究,使其改变拓扑构型来适应不同任务。首先,结合整数拆分及排列组合,建立了适用于正六边形基座的模块化机器人基本非同构构型库,提出了一种非同构构型枚举算法,该算法表明非同构构型数随模块数的增加呈指数型增长;其次,以构型转换为核心,定义了基于结构特征的等价关系库,设计了一种构型匹配的重构策略来完成构型间的最优匹配与转换;最后,通过演示与仿真,验证了重构策略的有效性。
2023 Vol. 66 (12): 94-102 [摘要] ( 96 ) HTMLNew PDF (2211 KB)  ( 295 )
103 基于单颗金刚石磨粒磨削的SiCp /Al 复合材料仿真与试验研究
阳慧,姜炳春,唐成,刘伟
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.103
本文主要开展了单颗金刚石磨粒磨削碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料的试验及三维有限元仿真研究。分析了SiCp/Al 复合材料磨削过程中磨削工艺参数对磨削力及表面形貌等的影响。分析结果表明,随着磨粒转速的增加,磨削力减小,SiC 颗粒破碎现象有所缓解,铝基体的涂覆作用增强,表面形貌完整性好;随着磨削深度的增加,磨削力增大,SiC 颗粒破碎明显增强,表面形成较多凹坑与孔洞,表面质量差。仿真结果与试验结果较吻合,说明该仿真模型可用于磨削工艺参数的优化分析。
2023 Vol. 66 (12): 103-109 [摘要] ( 107 ) HTMLNew PDF (3219 KB)  ( 445 )
110 连续纤维增强钛基复合材料整体叶环的超声检测试验研究
韩波,杨平华,林立志
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.110
本文结合连续纤维增强钛基复合材料(TMCs)整体叶环的制备工艺和结构特点,重点分析了TMCs 整体叶环内部质量的超声检测难点,并通过对特定尺寸TMCs 整体叶环的超声检测试验及解剖对应分析,确定了纤维碎断、纤维束开裂、纤维屈曲、纤维挤出及焊缝处开裂(未焊合)等可能存在的主要缺陷类型及超声回波信号特征。试验结果表明,基于适当的超声检测工艺参数对TMCs 整体叶环的内部质量进行检测,检测灵敏度可达Φ0.8 mm当量平底孔。
2023 Vol. 66 (12): 110-116,127 [摘要] ( 85 ) HTMLNew PDF (13297 KB)  ( 121 )
117 面向MR远程协同任务的实物虚拟化方法研究
张永建,张翔宇,丁晓,陈雨,白晓亮
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.117
混合现实(Mixed reality,MR)技术的飞速发展为装配场景中的远程协同任务带来了新的可能。作为MR协同系统的前置环节,实物虚拟化的主要任务是为用户浏览与交互提供可靠的模型支撑与虚实融合关系。现有方法无法同时兼顾装配零件细节高还原度、低虚拟化成本的目标。本文提出了一种基于模板匹配和点云配准原理的零件模型精密恢复方法,针对MR 远程协同过程中的任务相关零件,首先通过基于背景差分与八叉树空间检索的背景点云分割以及基于超体素的前景粘连点云分割获得零件点云相关的先验信息来分割模板匹配感兴趣区域ROI,解决了原始LineMod 算法抗遮挡性弱、模板比对效率低的问题,完成了对零件点云的识别匹配和位姿粗略估计;然后利用ICP 算法进一步优化估计的位姿,求解相关零件在重建点云模型中的精确位姿;最后根据此位姿,用高精度的零件CAD 模型替换3D 重建点云场景中的零件重建点云模型,最终实现对共享MR 协同场景的实物虚拟化。通过对复杂装配场景中的多种零件进行实物虚拟化试验,证明了本文方法能够准确识别零件点云,实现精确的实物虚拟化,在MR 远程协同任务中具有重要的实用意义。
2023 Vol. 66 (12): 117-127 [摘要] ( 85 ) HTMLNew PDF (4674 KB)  ( 509 )
128 模拟环境下TB12阻燃钛合金燃烧特征与应用设计
邓杨芳,王标,赵浩川,韦林
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.128
采用摩擦试验方法在模拟航空发动机压气机环境下对TB12 阻燃钛合金的起燃和扩散燃烧等特性进行了研究。结果表明,TB12 阻燃钛合金在摩擦生热作用下会发生燃烧,表现为转静子试验件初始碰磨会引发突然燃烧,局部燃烧烧损使得试验件的高度尺寸减小,但其对扩散燃烧不敏感,燃烧快速停止,未发生类似与TC4 钛合金的持续扩散燃烧现象。TB12 阻燃钛合金燃烧产物具有较强的黏附性能、较高的强度、润滑功能和导热系数低的特点,黏附在试验件表面可降低摩擦生热量,阻止摩擦热向基体传导,减少了转静子试验件再次引发燃烧的可能性。根据TB12 阻燃钛合金燃烧特点,在航空发动机中设计应用于压气机静子叶片,初始碰磨引发TB12 阻燃钛合金叶片局部烧损后快速停止,形成的燃烧产物将阻止静子叶片与转子鼓筒直接碰磨,可降低因鼓筒失稳鼓包以及鼓包与悬臂静子叶片碰磨导致航空发动机钛火这一故障风险。
2023 Vol. 66 (12): 128-132 [摘要] ( 72 ) HTMLNew PDF (7875 KB)  ( 105 )
133 基于主轴电流小波变换的刀具磨损状态监测
申望,徐继泽,费少华, 尚江坤, 薛贵军
DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2023.12.133
为消除机器人自动制孔系统中由于刀具磨损引起的孔径误差,提出一种基于主轴电流离散小波变换的刀具磨损状态在线监测以及寿命预测方法。首先根据主轴电流信号的波动规律,综合小波信号的正则性、相似性及曲线误差光滑性等要求,选用3 阶多贝西小波基对主轴电流信号进行离散分解。结合刀具磨损规律,选取电流信号的3阶低频分解量作为刀具磨损状态监测的最有效特征,将电流信号的1 阶高频分解量进行离散傅里叶变换,得到高频分量的频域特性,为电磁兼容设计提供依据;最后利用最小二乘法拟合刀具磨损量与主轴电流特征值的线性关系,通过监测主轴电流特征值,实现对刀具后刀面磨损量的在线监测以及刀具寿命预测。
2023 Vol. 66 (12): 133-139 [摘要] ( 125 ) HTMLNew PDF (5993 KB)  ( 314 )
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22 《航空制造技术》被EI数据库收录★
22 《航空制造技术》被中国科学引文数据库(CSCD)核心库收录
22 《航空制造技术》入选中国科技核心期刊
22 《航空制造技术》入选WJCI科技期刊世界影响力指数报告(2024)来源期刊
22 《航空制造技术》入选中国科技期刊卓越行动计划二期(2024—2028年)
22 《航空制造技术》位居航空航天学科科技核心期刊第3名
22 《航空制造技术》入编中国科协《航空航天领域高质量科技期刊分级目录(2023版)》
22 《航空制造技术》入编《中文核心期刊要目总览》2023版
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地址:北京市朝阳区朝阳路一号院
邮编:100024
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国际标准刊号:ISSN1671-833X
国内统一刊号:CN11-4387/V
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